大明湖位於山東省省會濟南市內，舊城之西，呈東西長、南北狹的扁矩形，南麵緊鄰濟南市中心區。湖周長4千米多一點，麵積46.5公頃，約占濟南舊城的1／4.
濟南市位於魯中南山地北部與華北平原的交接帶上，北麵有黃河流過，南麵緊接泰山的前山帶。所以這座城市正好處在一個凹陷中，而大明湖正居於凹地的底部。雖然隻是一個天然的小湖泊，但卻以其美麗可愛而蜚聲國內。一般而言，在城市裏有一個封閉式的湖非常罕見，其成因肯定是非常特殊的。大約從什麼時候起、在什麼情況下形成這個美麗湖泊，我們還無法確定。
大明湖是一個由泉水在低地上彙集所形成的湖泊，湖水源主要靠南側山麓的泉水補給。以前濟南的名泉如趵突泉、黑虎泉、珍珠泉、五龍潭泉四大泉群的水或直接或間接彙入湖中，今天這些泉水大多數已經不再補給大明湖，僅有珍珠泉、芙蓉泉、泮池、王府池諸泉仍注入湖內。湖水從東北隅彙波門流出，會合護城河水，流入北麵的小清河，注入渤海。
這種特殊的現象，在我國還不多見，大概隻為濟南這樣的“泉城”所特有。古時候，濟南被稱為“泉城”———“齊多甘泉，甲於天下”。這個古來著名的泉城究竟有多少泉水？過去說它的城內外有72處，其實遠不止此數。據新中國成立後實地調查，僅在濟南市區就有天然泉水108處。諸泉彙聚於地勢低下的城北，形成一片廣大的水域。今天這片水域的許多部分已填塞成為市街，而大明湖是留下的最大水麵。濟南為何如此多泉，這同它的水文地質條件有關。
科學家們認為，泉水跟傾斜的岩層也許有很大關係。濟南處在石灰岩和岩漿岩這兩種不同岩性的構造接觸帶上，這恰好為泉水形成和出露提供了有利條件。濟南的南麵有綿延的小群山，如千佛山等都是由厚層的石灰岩構成的，岩層略向北傾。石灰岩層內大小溶洞和裂隙很多。山地降水滲入地下，積蓄在其中，積蓄的水多了就順著傾斜的岩層和裂隙向北流動，當流到濟南北麵時，遇到了組成北麵丘陵的不透水岩漿岩的阻擋，便停滯下來，成為承壓水，它一遇到上麵地層薄弱的部分便冒出地麵，成為大大小小的湧泉。而大明湖所在地正是濟南北部最低窪處，眾泉彙聚，所以成為湖泊。
大明湖在曆史上變化很大。北宋以後，由於人類活動頻繁，生態有所惡化，古大明湖已逐漸堙塞，現在的大明湖是由古大明湖東麵的一片水域，即曆水陂演變而來的。在新中國成立前，動蕩和貧困使大明湖黯然失色，失修的湖內多為雜亂的湖田，湖邊為坍塌的泥岸，岸邊道路泥濘不堪。新中國成立後，疏浚了湖底，用石頭砌成湖岸，對環湖大道及各種建築都進行了修整。此外，還添設了新景點、新設施，又恢複了“四麵荷花三麵柳”的風貌，這樣，這處著名的遊覽勝地重新煥發出青春的光彩。